JP7027356B2

JP7027356B2 - Input protection circuit

Info

Publication number: JP7027356B2
Application number: JP2019020206A
Authority: JP
Inventors: 翔三浦
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2019-02-07
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2039-02-07
Also published as: JP2020129849A

Description

本発明は、車載装置と車載バッテリとの間に挿入される入力保護回路に関する。 The present invention relates to an input protection circuit inserted between an in-vehicle device and an in-vehicle battery.

従来から、車載バッテリの出力電圧に重畳するノイズ成分を除去するためのコイルとコンデンサからなるＬＣフィルタを車載装置と車載バッテリとの間に備えるとともに、ダイオードを用いて車載バッテリ側の電位が低下した際の電流の逆流をダイオードを用いて防止するようにした構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, an LC filter consisting of a coil and a capacitor for removing a noise component superimposed on the output voltage of the vehicle-mounted battery is provided between the vehicle-mounted device and the vehicle-mounted battery, and a diode is used to reduce the potential on the vehicle-mounted battery side. It is known that a diode is used to prevent the backflow of the current at that time (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１２－２２１１４３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-221143

ところで、上述した特許文献１に開示された構成では、ＬＣフィルタによってノイズ成分を除去しているが、このＬＣフィルタは１００～３００Ｈｚ付近に共振のピークがあるため、この共振のピークに対応する周波数で車載バッテリの電圧が変動すると、この変動量以上に増幅された電圧が車載装置に印加されるという問題があった。なお、過大な電圧に伴って大電流が流れたときに、電源ラインに挿入されたフューズが溶断するようにして車載装置を保護することも考えられるが、溶断したフューズの交換が必要になるため、このような煩雑な交換作業を要しない対策が望まれる。 By the way, in the configuration disclosed in Patent Document 1 described above, the noise component is removed by the LC filter, but since this LC filter has a resonance peak in the vicinity of 100 to 300 Hz, the frequency corresponding to the resonance peak. When the voltage of the vehicle-mounted battery fluctuates, there is a problem that a voltage amplified beyond this fluctuation amount is applied to the vehicle-mounted device. It is conceivable to protect the in-vehicle device by blowing the fuse inserted in the power supply line when a large current flows due to an excessive voltage, but it is necessary to replace the blown fuse. It is desirable to take measures that do not require such complicated replacement work.

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、電源電圧の変動に伴って発生するＬＣフィルタの共振による過大な電圧が電子機器に印加されることを防止することができる入力保護回路を提供することにある。 The present invention has been created in view of these points, and an object of the present invention is to prevent an excessive voltage from being applied to an electronic device due to resonance of an LC filter generated due to fluctuations in the power supply voltage. The purpose is to provide an input protection circuit that can be used.

上述した課題を解決するために、本発明の入力保護回路は、電源装置とこの電源装置から供給される電力で動作する電子機器との間に挿入される入力保護回路であって、電源装置から電子機器に印加される電源電圧に重畳されるノイズを除去するＬＣフィルタと、電源装置と電子機器との間に接続された逆接保護用のスイッチング素子と、電源電圧がＬＣフィルタの出力電圧よりも低下したときにスイッチング素子をオフする制御手段とを備えている。 In order to solve the above-mentioned problems, the input protection circuit of the present invention is an input protection circuit inserted between a power supply device and an electronic device operated by electric power supplied from the power supply device, and is inserted from the power supply device. An LC filter that removes noise superimposed on the power supply voltage applied to the electronic device, a switching element for reverse connection protection connected between the power supply device and the electronic device, and the power supply voltage is higher than the output voltage of the LC filter. It is provided with a control means for turning off the switching element when the voltage drops.

電源装置から印加される電源電圧の変動に伴ってＬＣフィルタの共振が生じると、ＬＣフィルタの出力電圧が電源電圧よりも高くなってスイッチング素子がオフされるため、ＬＣフィルタの共振による過大な電圧の発生を抑制することが可能となる。また、この過大な電圧が印加されることによる電子機器の損傷を防止することができる。 When the LC filter resonates due to the fluctuation of the power supply voltage applied from the power supply device, the output voltage of the LC filter becomes higher than the power supply voltage and the switching element is turned off, so that the excessive voltage due to the resonance of the LC filter occurs. It is possible to suppress the occurrence of. Further, it is possible to prevent damage to the electronic device due to the application of this excessive voltage.

また、上述したスイッチング素子は、電源装置が逆接続されたときにオフされる逆接保護用のスイッチング素子であることが望ましい。電源装置の逆接保護用のスイッチング素子をＬＣフィルタ共振時の過大電圧保護用に流用することにより、構成部品の点数低減が可能となる。 Further, it is desirable that the above-mentioned switching element is a switching element for reverse connection protection that is turned off when the power supply device is reversely connected. By diverting the switching element for reverse connection protection of the power supply device for protection of excessive voltage at the time of LC filter resonance, it is possible to reduce the number of component parts.

また、上述したスイッチング素子は、電源装置とＬＣフィルタとの間の電源線に挿入されていることが望ましい。これにより、電源装置とＬＣフィルタとの間の電流の入出力を遮断してＬＣフィルタの共振を確実に停止することができる。 Further, it is desirable that the above-mentioned switching element is inserted in the power supply line between the power supply device and the LC filter. As a result, the input / output of the current between the power supply device and the LC filter can be cut off to reliably stop the resonance of the LC filter.

また、上述した電源装置は、車両に搭載された鉛蓄電池であることが望ましい。また、上述した電源装置および電子機器とともに車両に搭載されていることが望ましい。車両に搭載された電源装置（鉛蓄電池）については、電子機器を含む各種の電気負荷の使用状況により電源電圧の大きな変動を生じる場合があり、このような変動が生じた場合であってもＬＣフィルタの共振を抑制して電子機器に過大な電圧が印加されることを有効に防止することができる。 Further, it is desirable that the power supply device described above is a lead storage battery mounted on a vehicle. Further, it is desirable that the power supply device and the electronic device described above are mounted on the vehicle. Regarding the power supply device (lead-acid battery) mounted on the vehicle, the power supply voltage may fluctuate greatly depending on the usage conditions of various electric loads including electronic devices, and even if such fluctuation occurs, LC It is possible to suppress the resonance of the filter and effectively prevent an excessive voltage from being applied to the electronic device.

一実施形態の入力保護回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the input protection circuit of one Embodiment.

以下、本発明を適用した一実施形態の入力保護回路について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an input protection circuit according to an embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.

図１は、一実施形態の入力保護回路の構成を示す図である。本実施形態の入力保護回路１００は、電源装置としてのバッテリ２００とこのバッテリ２００から供給される電力で動作する電子機器３００との間に挿入されている。これらの入力保護回路１００、バッテリ２００、電子機器３００は、電子機器３００以外の各種電気負荷とともに車両に搭載されている。また、バッテリ２００は、例えば鉛蓄電池である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an input protection circuit according to an embodiment. The input protection circuit 100 of the present embodiment is inserted between the battery 200 as a power supply device and the electronic device 300 operated by the electric power supplied from the battery 200. The input protection circuit 100, the battery 200, and the electronic device 300 are mounted on the vehicle together with various electric loads other than the electronic device 300. Further, the battery 200 is, for example, a lead storage battery.

図１に示すように、入力保護回路１００は、ＬＣフィルタ１１０、逆接保護回路１２０、逆電流保護回路１３０を含んで構成されている。 As shown in FIG. 1, the input protection circuit 100 includes an LC filter 110, a reverse connection protection circuit 120, and a reverse current protection circuit 130.

ＬＣフィルタ１１０は、バッテリ２００から電子機器３００に印加される電源電圧に重畳されるノイズを除去するためのものであり、正極側の電源線２１０に挿入されたコイル１１２と、このコイル１１２の出力端（電子機器３００側）とアースとの間に設けられたコンデンサ１１４とを含んで構成されている。このＬＣフィルタ１１０は、ローパスフィルタとして動作し、電源線２１０に混入するスイッチングノイズ等が除去される。 The LC filter 110 is for removing noise superimposed on the power supply voltage applied to the electronic device 300 from the battery 200, and is a coil 112 inserted in the power supply line 210 on the positive electrode side and an output of the coil 112. It is configured to include a capacitor 114 provided between the end (electronic device 300 side) and the ground. The LC filter 110 operates as a low-pass filter, and switching noise and the like mixed in the power supply line 210 are removed.

逆接保護回路１２０は、バッテリ２００の正極側端子と負極側端子とを反対にして電源線２１０やアース線２２０に接続するバッテリ２００の逆接続時に、電子機器３００との間で通常動作時と逆方向に電流が流れることを阻止するためのものであり、ＭＯＳＦＥＴ１２２、ツェナーダイオード１２４、ダイオード１２６、抵抗１２８、１２９を含んで構成されている。 The reverse connection protection circuit 120 reverses the normal operation with the electronic device 300 when the battery 200 is connected to the power supply line 210 or the ground wire 220 by reversing the positive electrode side terminal and the negative electrode side terminal of the battery 200. The purpose is to prevent current from flowing in the direction, and is configured to include a MOS FET 122, a Zener diode 124, a diode 126, and resistors 128 and 129.

ＭＯＳＦＥＴ１２２は、ドレインがバッテリ２００の正極側端子側、ソースがＬＣフィルタ１１０のコイル１１２の一方端側となるように電源線２１０に挿入されているスイッチング素子である。また、ＭＯＳＦＥＴ１２２のゲートは、ダイオード１２６（カソードがゲート側）と抵抗１２８を介して接地されているとともに、抵抗１２９を介して接地されている。さらに、ＭＯＳＦＥＴ１２２のゲート・ソース間には、カソードがソース側となるようにツェナーダイオード１２４が接続されている。 The MOS FET 122 is a switching element inserted into the power supply line 210 so that the drain is on the positive electrode side terminal side of the battery 200 and the source is on one end side of the coil 112 of the LC filter 110. Further, the gate of the MOS FET 122 is grounded via a diode 126 (cathode is on the gate side) and a resistor 128, and is also grounded via a resistor 129. Further, a Zener diode 124 is connected between the gate and the source of the MOS FET 122 so that the cathode is on the source side.

正極側端子が電源線２１０側となるようにバッテリ２００が正常に接続されている場合には、バッテリ２００の負極側端子が抵抗１２９を介してＭＯＳＦＥＴ１２２のゲートに接続された状態となる。本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ１２２は、エンハンスメント型ｐチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられており、ソースに対してゲートが負電位になると、ソース・ドレイン間にｐ型のチャネルが形成されて、ＭＯＳＦＥＴ１２２がオンされる。これにより、バッテリ２００の両端電圧がＭＯＳＦＥＴ１２２およびＬＣフィルタ１１０を介して電子機器３００に印加され、動作電力の供給が行われる。 When the battery 200 is normally connected so that the positive electrode side terminal is on the power supply line 210 side, the negative electrode side terminal of the battery 200 is connected to the gate of the MOS FET 122 via the resistor 129. In the present embodiment, an enhancement type p-channel MOS FET is used as the MOS FET 122, and when the gate becomes a negative potential with respect to the source, a p-type channel is formed between the source and drain, and the MOS FET 122 is turned on. Will be done. As a result, the voltage across the battery 200 is applied to the electronic device 300 via the MOS FET 122 and the LC filter 110, and the operating power is supplied.

一方、負極側端子が電源線２１０側となるようにバッテリ２００が逆接続されると、バッテリ２００の正極側端子が、抵抗１２８とダイオード１２６を介して、あるいは、抵抗１２９を介してＭＯＳＦＥＴ１２２のゲートに接続された状態になる。このため、ＭＯＳＦＥＴ１２２のソース・ドレイン間が遮断されて、ＭＯＳＦＥＴ１２２がオフされる。これにより、バッテリ２００と電子機器３００との間で逆方向に流れる電流が遮断される。 On the other hand, when the battery 200 is reversely connected so that the negative electrode side terminal is on the power supply line 210 side, the positive electrode side terminal of the battery 200 is connected to the MOS FET 122 via the resistor 128 and the diode 126 or via the resistor 129. It will be connected to the gate. Therefore, the source / drain of the MOS FET 122 is cut off, and the MOS FET 122 is turned off. As a result, the current flowing in the opposite direction between the battery 200 and the electronic device 300 is cut off.

逆電流保護回路１３０は、ＬＣフィルタ１１０の出力電圧よりもバッテリ２００の端子電圧（正極側端子の電圧）が低下したときに、逆接保護回路１２０内のＭＯＳＦＥＴ１２２をオフする制御手段であり、バイポーラトランジスタ１３２、ダイオード１３４、抵抗１３６を含んで構成されている。この逆電流保護回路１３０が制御手段に対応する。 The reverse current protection circuit 130 is a control means for turning off the MOS FET 122 in the reverse connection protection circuit 120 when the terminal voltage (voltage of the positive electrode side terminal) of the battery 200 is lower than the output voltage of the LC filter 110, and is bipolar. It is configured to include a transistor 132, a diode 134, and a resistor 136. The reverse current protection circuit 130 corresponds to the control means.

バイポーラトランジスタ１３２は、ベースが抵抗１３６を介してＭＯＳＦＥＴ１２２のドレインに、コレクタがＭＯＳＦＥＴ１２２のゲートに、エミッタがＬＣフィルタ１１０のコイル１１２の他方端にそれぞれ接続されている。また、ダイオード１３６は、バイポーラトランジスタ１３２のベース・エミッタ間にカソードがエミッタ側になるように接続されている。 The bipolar transistor 132 has a base connected to the drain of the MOSFET 122 via a resistor 136, a collector connected to the gate of the MOS FET 122, and an emitter connected to the other end of the coil 112 of the LC filter 110. Further, the diode 136 is connected between the base and the emitter of the bipolar transistor 132 so that the cathode is on the emitter side.

通常動作時には、ＭＯＳＦＥＴ１２２のドレインの電位とコイル１１２の他方端の電位とがほぼ同じになるため、バイポーラトランジスタ１３２はオフされており、バイポーラトランジスタ１３２のエミッタ・コレクタ間は遮断された状態にある。 During normal operation, the potential of the drain of the MOS FET 122 and the potential of the other end of the coil 112 are almost the same, so that the bipolar transistor 132 is turned off and the emitter and collector of the bipolar transistor 132 are cut off. ..

ところで、バッテリ２００から逆接保護回路１２０を介してＬＣフィルタ１１０に印加される電圧（電源電圧）が変動してその周波数とＬＣフィルタ１１０の共振周波数とが一致すると、ＬＣフィルタ１１０が共振して出力電圧が上昇する。この状態では、バイポーラトランジスタ１３２のエミッタがベースよりも高くなるため、バイポーラトランジスタ１３２がオンされ、ＬＣフィルタ１１０の出力端がバイポーラトランジスタ１３２のエミッタ・コレクタ間を介してＭＯＳＦＥＴ１２２のゲートに接続されるようになる。このため、ＭＯＳＦＥＴ１２２のゲート・ソース間の電位差が小さくなり、ソース・ドレイン間が遮断されて、ＭＯＳＦＥＴ１２２がオフされる。これにより、バッテリ２００とＬＣフィルタ１１０との間で電流の入出力が遮断され、ＬＣフィルタ１１０の共振を停止させることができる。 By the way, when the voltage (power supply voltage) applied from the battery 200 to the LC filter 110 via the reverse connection protection circuit 120 fluctuates and its frequency matches the resonance frequency of the LC filter 110, the LC filter 110 resonates and outputs. The voltage rises. In this state, since the emitter of the bipolar transistor 132 is higher than the base, the bipolar transistor 132 is turned on, and the output end of the LC filter 110 is connected to the gate of the MOS FET 122 via between the emitter and collector of the bipolar transistor 132. It will be like. Therefore, the potential difference between the gate and source of the MOS FET 122 becomes small, the source and drain are cut off, and the MOS FET 122 is turned off. As a result, the input / output of the current is cut off between the battery 200 and the LC filter 110, and the resonance of the LC filter 110 can be stopped.

このように、本実施形態の入力保護回路１００では、電源装置としてのバッテリ２００から印加される電圧の変動に伴ってＬＣフィルタ１１０の共振が生じると、ＬＣフィルタ１１０の出力電圧がバッテリ２００の端子電圧よりも高くなってスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ１２２がオフされるため、バッテリ２００とＬＣフィルタ１１０との間で電流の入出力が遮断され、ＬＣフィルタ１１０の共振を停止させることによってＬＣフィルタ１１０の共振による過大な電圧の発生を抑制することが可能となる。また、この過大な電圧が印加されることによる電子機器３００の損傷を防止することができる。 As described above, in the input protection circuit 100 of the present embodiment, when the LC filter 110 resonates due to the fluctuation of the voltage applied from the battery 200 as the power supply device, the output voltage of the LC filter 110 is the terminal of the battery 200. Since the MOS FET 122, which is a switching element, is turned off at a voltage higher than the voltage, the input / output of current is cut off between the battery 200 and the LC filter 110, and the resonance of the LC filter 110 is stopped to stop the resonance of the LC filter 110. It is possible to suppress the generation of an excessive voltage due to resonance. Further, it is possible to prevent damage to the electronic device 300 due to the application of this excessive voltage.

特に、逆接保護回路１２０内で逆接保護に用いられているＭＯＳＦＥＴ１２２をＬＣフィルタ１１０共振時の過大電圧保護用に流用することにより、構成部品の点数低減が可能となる。 In particular, by diverting the MOS FET 122 used for reverse connection protection in the reverse connection protection circuit 120 for protection of an excessive voltage at the time of resonance of the LC filter 110, it is possible to reduce the number of component parts.

また、ＭＯＳＦＥＴ１２２がバッテリ２００とＬＣフィルタ１１０との間の電源線２１０に挿入されているため、バッテリ２００とＬＣフィルタ１１０との間の電流の入出力を遮断してＬＣフィルタ１１０の共振を確実に停止することができる。 Further, since the MOS FET 122 is inserted in the power supply line 210 between the battery 200 and the LC filter 110, the input / output of the current between the battery 200 and the LC filter 110 is cut off to ensure the resonance of the LC filter 110. Can be stopped at.

また、車両に搭載されたバッテリ２００（鉛蓄電池）については、電子機器３００を含む各種の電気負荷の使用状況により端子電圧の大きな変動を生じる場合があり、このような変動が生じた場合であっても、ＬＣフィルタ１１０の共振を抑制して電子機器３００に過大な電圧が印加されることを有効に防止することができる。 Further, with respect to the battery 200 (lead-acid battery) mounted on the vehicle, the terminal voltage may fluctuate greatly depending on the usage status of various electric loads including the electronic device 300, and such a fluctuation may occur. However, it is possible to suppress the resonance of the LC filter 110 and effectively prevent an excessive voltage from being applied to the electronic device 300.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、バッテリ２００、電子機器３００や入力保護回路１００が車両に搭載される場合を想定したが、車両以外で用いられる場合についても本発明を適用することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, it is assumed that the battery 200, the electronic device 300, and the input protection circuit 100 are mounted on the vehicle, but the present invention can be applied to the case where the battery 200, the electronic device 300, and the input protection circuit 100 are used in a vehicle other than the vehicle.

また、上述した実施形態では、電源装置として鉛蓄電池であるバッテリ２００を考えたが、鉛蓄電池以外の電源装置を用いる場合であっても本発明を適用することができる。 Further, in the above-described embodiment, the battery 200, which is a lead storage battery, is considered as the power supply device, but the present invention can be applied even when a power supply device other than the lead storage battery is used.

また、上述した実施形態では、ＬＣフィルタ１１０が共振してその出力電圧が上昇したときに逆電流保護回路１３０内のバイポーラトランジスタ１３２がオンする場合について説明したが、それ以外、例えばバッテリ２００の端子電圧（逆接保護回路１２０内のＭＯＳＦＥＴ１２２のドレインの電圧）が一時的に低下した場合にもバイポーラトランジスタ１３２がオフする。このため、バッテリ２００の端子電圧が一時的に低下する瞬断が発生した場合にもＭＯＳＦＥＴ１２２がオフされて、ＬＣフィルタ１１０の出力電圧の急激な低下が抑制されるため、電子機器３００が電源電圧の低下に伴って強制的にリセットされることを防止することができる。 Further, in the above-described embodiment, the case where the bipolar transistor 132 in the reverse current protection circuit 130 is turned on when the LC filter 110 resonates and its output voltage rises has been described, but other than that, for example, the terminal of the battery 200 has been described. The bipolar transistor 132 is also turned off when the voltage (the voltage of the drain of the MOS FET 122 in the reverse connection protection circuit 120) temporarily drops. Therefore, even if a momentary interruption occurs in which the terminal voltage of the battery 200 temporarily drops, the MOS FET 122 is turned off and the sudden drop in the output voltage of the LC filter 110 is suppressed, so that the electronic device 300 is powered by the power supply. It is possible to prevent the voltage from being forcibly reset as the voltage drops.

また、上述した実施形態では、ＬＣフィルタ１１０の出力電圧よりもバッテリ２００の端子電圧が低下したときに、逆接保護回路１２０内のＭＯＳＦＥＴ１２２をオフする制御をバイポーラトランジスタ１３２を用いて行ったが、その他の素子（ＦＥＴや電圧比較器など）を用いて行うようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, when the terminal voltage of the battery 200 is lower than the output voltage of the LC filter 110, the control to turn off the MOS FET 122 in the reverse connection protection circuit 120 is performed by using the bipolar transistor 132. It may be performed by using other elements (FET, voltage comparator, etc.).

上述したように、本発明によれば、電源装置から印加される電源電圧の変動に伴ってＬＣフィルタの共振が生じると、ＬＣフィルタの出力電圧が電源電圧よりも高くなってスイッチング素子がオフされるため、ＬＣフィルタの共振による過大な電圧の発生を抑制することが可能となる。また、この過大な電圧が印加されることによる電子機器の損傷を防止することができる。 As described above, according to the present invention, when the LC filter resonates due to the fluctuation of the power supply voltage applied from the power supply device, the output voltage of the LC filter becomes higher than the power supply voltage and the switching element is turned off. Therefore, it is possible to suppress the generation of an excessive voltage due to the resonance of the LC filter. Further, it is possible to prevent damage to the electronic device due to the application of this excessive voltage.

１００入力保護回路
２００バッテリ
３００電子機器
１１０ＬＣフィルタ
１２０逆接保護回路
１３０逆電流保護回路
１１２コイル
１１４コンデンサ
１２２ＭＯＳＦＥＴ
１３２バイポーラトランジスタ 100 Input protection circuit 200 Battery 300 Electronic equipment 110 LC filter 120 Reverse connection protection circuit 130 Reverse current protection circuit 112 Coil 114 Capacitor 122 MOS FET
132 Bipolar transistor

Claims

An input protection circuit that is inserted between a power supply and an electronic device that operates on the power supplied by this power supply.
An LC filter that removes noise superimposed on the power supply voltage applied to the electronic device from the power supply device,
A switching element for reverse connection protection, which is connected between the power supply device and the electronic device and is turned off when the power supply device is reversely connected.
A control means for turning off the switching element when the power supply voltage drops below the output voltage of the LC filter.
An input protection circuit characterized by being equipped with.

The input protection circuit according to claim 1, wherein the switching element is a switching element for reverse connection protection that is turned off when the power supply device is reversely connected.

The input protection circuit according to claim 1 or 2, wherein the switching element is inserted in a power supply line between the power supply device and the LC filter.

The input protection circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the power supply device is a lead storage battery mounted on a vehicle.

The input protection circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the power supply device and the electronic device are mounted on a vehicle.